JPS6128442A

JPS6128442A - 圧縮前および／または圧縮の際にガス流を冷却する方法および装置

Info

Publication number: JPS6128442A
Application number: JP4829084A
Authority: JP
Inventors: ヘルムート・シラー
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1983-03-16
Filing date: 1984-03-15
Publication date: 1986-02-08
Also published as: US4711771A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は少なくとも一部分ガス流内で蒸発する液体を添
加することによって圧縮前および／または圧縮の際にガ
ス流を冷却する方法およびこの方法を実施する装置に関
する。

１つのガス流の圧縮の際に生ずる圧縮熱を排除するため
にこのガスの凝結物を圧縮機内に噴射することは知られ
ている。この凝結物は蒸発してその際に圧縮されるガス
流から熱を奪うのである。

このような方法は水蒸気の圧縮に利用され、噴射される
冷却液体として水が利用されるのである。

冷却液体として噴射される凝結物は実質的に冷却される
ガス流と同じ組成を有していなければならないとゆう条
件は望ましくない制限を与える。

さらに圧縮されるガス流と同じ組成の凝結物は圧縮の際
の圧力および温度によっては必ずしも一良の冷却効果を
与える゛ものソ゛はない。

したがって、本発明の目的は冷却に利用される添加され
ることのできる液体の種類が拡大されるような冒頭に掲
げた種類の方法を提供することである。

上述の目的は本発明によって、液体が圧縮されるガスす
は異なる組成を有し、圧縮を必要とする工程から、また
は−人物質から前記液体を取出すことによって解決され
る。

本発明による方法においては、元来圧縮が行われる全工
程にて生ずるような冷却液体が利用される。

本発明による方法番よ、液体の組成が、圧縮されるガス
の組成と同じ冷却液体のみならず大多数の冷却液体が選
択されることができる。このようにして著しく効果的な
冷却が可能となる。何故ならば、相の変化の際に物理的
特性がＰＪＴ望の範併で最良の値になされるような冷却
液体を選択できるからで鼠る。圧縮の際に冷却液体を直
接添加することによ・り間接的な熱交換装置および付加
的な補助冷却循環路が無用になる。凝結された液体を圧
縮され誌ガス流内に添加する際に少なくとも一部分蒸発
し、この蒸発の寒冷が利用されるのである。

本発明による方法の存利な構成においては。圧縮後に行
われる反応の生成物である液体が利用される。

このような方法の例はメタノールまたはアンモニア合成
のような合成反応であって、これらの合成反応において
は冷却液体として例えば液化合成生成物が添加されるの
である。

合成反応においては、合成に必要な成分および場合によ
り不活性成分および不純物の痕跡を含む合成用ガスが合
成に必要な圧力に圧縮され、場合により必要な例えば望
ましくない成分の分離のような予備処理装置に導入され
て、合成が行われる。

合成の際に生ずる生成物は場合により例えば冷却および
不反応成分の分離のような付加的な工程の後で装置から
取出される。合成反応の際の圧力は甚だ高いから、メタ
ノール合成の際の圧力値は典型的には大体１００バール
であって、アンモニア合成の際には約２５０バールであ
る。この方法を実施するのに必要なエネルギーの大部分
は要求される圧力に合成用ガスを圧縮するために利用さ
れなければならない圧縮機の仕事量によって決定される
のである。合成によって得られる生成物の凝結物の添加
によって圧縮の際の吸引温度が低下され、圧縮機の吸引
温度に比例して設定されることができる単位当りの圧縮
仕事量が低減される。合成用ガス内で蒸発される生成物
の液体は合成反応装置の前で部分的凝結によって望まし
くは冷却水温度にて分離される。

本発明による方法の望ましい詳細構成においては、液体
およびガスが圧縮後に行われる反応の装入物質として利
用される。

反応の際には特に触媒化学反応または非触媒化学反応が
重要となる。このような反応の例は硝酸の製造の際の空
気圧縮機の前および／または圧縮機内へのＮＨ３の噴射
である。

反応の際には、添加される冷却液体および圧縮されるガ
スが必要であるから、液体の添加は全体の工程の経過に
何等障害を与えないのみならず、冷却作用に加えてさら
に反応混合物の製造に役立つのである。

本発明によるさらに他の望ましい構成においては、圧縮
の後で行われる反応の際に不活性の性質を示し、および
／または後続の工程に悪影響を与えないような物質が利
用される。

このような方法においては、凝結物はそれ自体反応関与
物として反応に関係することなく、後続の反応中そのま
まに留まるのである。

後続の反応の際に蒸発される冷却液体の不活性の性質に
加え゛、またはこれの代りに、例えば、浄化装置または
分離装置のような後続の工程が、望ましくない沈澱物ま
たは中間生成物の形成によって悪影響を受けないように
なす冷却液体が利用されなければならない。

本発明による方法のさらに他の構成においては、液体と
して、圧縮が行われる工程にて生ずる中間生成物が利用
される。　　　” これの例は混合物冷凍循環路の圧縮のための方法であっ
て、この場合冷凍混合物の成分または諸成分の一部を含
む冷却液体が利用され、これらの成分が例えば圧縮され
たガス流の部分的凝結によって回収されるのである。

本発明による方法のさらに他の有利な構成においてはガ
スの圧縮が少なくとも、２づの圧縮機群にて行われ、少
なくともこれらの圧縮機群の一方の前で液体が添加され
るのである。

多数の位置で液体を添加する際には液体がそれぞれの添
加位置に並列に導かれるのが望ましい。

それぞれの圧縮機群は１つまたは多数の圧縮段を含み、
その際−ターボ圧縮機の場合には−それぞれの圧縮機段
は実質的にランナーおよびインペラーを含んでいる。圧
縮機群は主に圧縮されるガスの種類に関係する。

本発明による方法の詳細構成において、液体がその前で
添加される少なくとも一方の圧縮機群のの後で圧縮され
たガスが取り出され、冷却され、少なくとも一部分凝結
され、凝結された部分が圧縮工程路の吸引側および／ま
たは１つまたは多数の中間位置に戻されるのが有利であ
ることが証明されている。

この凝結物の戻しは圧縮されるガスの付加的な冷却を与
え、何れの位置にて戻しが行われるかによって圧縮機入
口または圧縮工程の中間で行われる。多数の中間位置に
て噴射を行う場合、等温圧縮作用に近位される。これに
よって大なる圧縮段ヘッドの値が得られ、圧縮機の全体
の段数の減少を可能となすのである。

圧縮が１つより多い圧縮機群にて行われる場合には種々
の異なる実施態様の可能性が得られる。

すなわち凝結された生成物は１つまたは多数の圧縮機群
の吸引側にて添加されることが出来、付加的にそれぞれ
の圧縮機群の後で圧縮されて凝結された生成物が分岐さ
れて１つまたは多数の圧縮機群の吸引側および／または
１つまたは多数の中間位置に戻されることができる。

しかし、それぞれの先行する圧縮機群の吸引側および／
または１つまたは多数の中間位置にて戻しを行う場合に
は特に目的に通していることが証明されている。

本発明による方法を実施するための装置は吸引側が圧縮
されるガスの導入導管に連結され、内部に少なくとも１
つの回転輪を有する少なくとも１つのハウジングを有す
る圧縮機を含み、ハウジングの前方および／または２つ
の回転輪の間にてガスの圧縮工程路内に液体の添加装置
が設けられることを特徴とする。

本発明による装置の有利な詳細構成においては添加装置
がノズルとして構成されるのである。

本発明による装置の他の有利な構成においては添加装置
は物質交換装置として構成される。

本発明の対象のさらに他の構成によれば、ハウジングが
少なくともその中間位置に出口開口および圧縮されるガ
スの再導入開口を有し、添加装置がこれらの出口開口お
よび再導入開口の間で圧縮工程路内に開口している。

さらに、ハウジングの高圧側の出口に導管が設けられ、
この導管が冷却装置および分離装置を含み、吸引側およ
び／または中間位置にてこの導管自体または先行するハ
ウジング内に戻されるように連結されることが提案され
るのである。

以下に添付図面を参照して本発明を説明する。

図面において、同様の部分は同じ符号を付されている。

第１図はアンモニア合成の例となされた本発明による方
法を概略的に示している。この場合例えば浄化工程、浄
化ガス分離工程のような本発明の理解には寄与しない工
程は省略されている。

実質的に比率３：１でＨ２およびＮ２より組成されてい
る合成用ガス１は圧縮機２に導かれ、圧縮機２内で約３
０バールから約２３０バールに圧縮される。圧縮された
合成用ガスは合成装置からの生成ガス１３と混合され、
得られた混合物３は冷却装置４にて冷却され、一部分凝
結される。後続の分離装置５内で相の分離が行われ、そ
の際ガス状の部分６は場合番こより凝結された部分（破
線で示される）とともに向流熱交換装置３３および冷却
装置７に送られてさらに冷却され、改めて一部分液化さ
れる。

分離装置８内で相の分離が行われる。実質的にアンモニ
ア生成物より成る液相部分は導管９を介して取出されて
膨張される。

分離装置８から引出されるガス相の部分は合成用ガスと
同様の組成を有する。このガスは導管１０を経て排出さ
れ、向流熱交換装置３３内で加熱され、第二の圧縮機１
４内で圧縮され、熱交換装置１１内で合成装置からの生
成ガスと熱交換されて加熱された後で合成反応装置１２
に導入され、これの内部でＨ２およびＮ２からＮ　Ｈ３
への変換が行われる。

この生成ガスは導管１３を経て排出され、熱交換装置１
１内で冷却される。

既述のように生成ガス１３が、圧縮された合成用ガスと
混合された後で混合物は一部分凝結される。

この際に実質的なアンモニア部分が液状で排出される。

本発明により、凝結物の一部分は膨張弁すなわち膨張装
置１６に導かれ、圧縮機の吸引圧力に膨張され、圧縮機
２の吸引側で合成用ガス１内に噴射される。これにより
吸引側の合成用ガスの温度は低下される。

さらに凝結された生成物の一部分は導管３１を経て圧縮
機２の中間位置に導入される。

圧縮機２としてはターボ圧縮機が利用されるのが望まし
い。噴射位置から圧縮機の人口までの長さは、噴射され
た液体が圧縮機２内に流入するまでに蒸発されるように
定められるのである。圧縮ｌ！２内での液体の衝撃を回
避するために、圧縮機の人口に液滴分離装置が設けられ
ることができる。

第２図および第３図に示されるように圧縮機２は多数の
圧縮機群から構成されることができる。

これらの場合において、３個の圧縮機群１７．１８．１
９゜が設けられ、これらの内部で合成用ガスが、噴射さ
れた生成ガスとともに互いに必要な処理圧力に圧縮され
る。圧縮機群１７の後方にて圧縮熱が冷却装置２０内で
除去される。第２図によれば分離装置５からの液化生成
ガスの一部分は膨張装置２２を経て圧縮機群１８の吸引
側で合成用ガス内に噴射されて温度を低下させる。同様
に圧縮機群１８の圧縮熱は冷却装置２１内で冷却されて
、引続いて合成用ガスに対して、最後の圧縮機群１９の
吸引側に膨張装置２３を経て分離装置５からの凝結され
た生成ガスの一部分が導入されてこの位置で合成用ガス
の吸引温度を低下させるようになっている。圧縮機群１
９を出た後で、合成用ガスは合成装置からの生成ガス１
３と混合され、第１図について既述されたように冷却装
置４に導入される。

上述とは反対に、第３図に示される方法においては、圧
縮機群１７内で圧縮されて冷却装置２０内で冷却された
合成用ガスは生成ガスとともに一部分凝結され、凝結さ
れた部分は導管２５及び膨張装置２６を経て圧縮機群１
７の中間位置に噴射される。必要な場合にはこの噴射は
多数の中間位置で行われることができる。分離装置２４
からのガス状の部分は第二の圧縮機群１８内でさらに圧
縮され、冷却装置２１内で同様に一部分凝結される。凝
結された部分は導管２８及び膨張装置２９を経て１つ又
は（図示されていない）多数の中間位置で圧ＩＨ１俳ｔ
ｓ内に戻されるとともにガス状の部分は最後の圧縮機群
１９内で最終圧力になされて合成装置からの生成ガス１
３と混合される。冷却装置４内で冷却され、分離装置５
内で相の分離を行われた後で液相の部分は膨張装置３０
を経て圧縮機群１９の中間位置に戻され、同時に凝結さ
れた他の生成物の部分は合成用ガスに対して、第一の圧
縮機群１７の吸引側および、場合により圧縮機群１７．
１８．１９の吸引側および／または中間位置に導入され
る（破線で示される）。

第４図は本発明による方法の修正実施形態を示す。合成
用ガス１はこの場合圧縮機２内で圧縮され、引続いて合
成装置からの生成ガス１３の凝結されない部分と混合さ
れる。この生成ガス１３の部分は、冷却装置４内での生
成物の部分的凝結および分離装置５内での凝結物の分離
によって得られる。

混合物は次に第二の圧縮機１４内で必要な圧力まで圧縮
される。凝結物は再び導管１５を経て圧縮機２の吸引側
で合成用ガス内に噴射される。この修正実施形態は有利
に第２図および第３図に示された方法に対して応用でき
る。この場合合成用ガスは最後の圧縮機群１９の後方で
合成装置からの生成ガスの凝結されない部分と混合され
、得られた混合物は圧縮機１４内で必要な最終圧力まで
圧縮される。

第５図は本発明によるさらに他の実施形態を示す。合成
用ガス１は圧縮機２内で圧縮され、引続いて冷却されて
一部分凝結される。両方の相の部分は分離装置ｆ３２内
で互いに分離される。ガス状の部分は反応装置１２に引
入れられるガス１０と混合される。実質的に生成物より
成っている凝結された部分は導管１５内の液状の生成物
に導入され、膨張装置１６内で膨張された後で圧縮機２
の吸引側で、圧縮される合成用ガス内に噴射される。さ
らに凝結された生成物の一部分は導管３１を経て圧縮機
２の中間位置に導入されることができる。

凝結物は合成反応装置１２からの生成物の冷却および部
分的凝結によって分離装置５内でのガス状の部分６の分
離後に得られる。分離装置５からのガス状の部分および
場合により（破線矢印で示されるように）凝結物の一部
分は向流熱女換装置３３内で冷却され、冷却装置７内で
さらに冷却されて一部分凝結される。液体生成物より成
る凝結物は導管９を経て取出され、一方ガス状の部分は
導管１０を経て合成反応装置１２に戻される。

この方法は熱交換装置３３内のガス流の量、したがって
熱損失が減少される利点を有する。

第６図は、エントロピー（Ｓ）一温度（Ｔ）　ｉ図にて
本発明による方法によって理想的なガス混合物の場合に
得られる単位当りの圧縮仕事量の節約状況を示す。まず
第一に吸引側に液体生成ガスの噴射のない場合が考察さ
れる。

合成用ガスは等圧’ｆａ　ｐ　を上の状態■から圧縮に
よって等圧線ｐ２上の状態ＩＩに移動される。この状態
変化は破線Ｉ−ＩＩによって示されている。このために
圧縮機によって得られる仕事量は台形１ｌ−ａ−５ｚ−
３ｎの面積に比例する。

本発明による方法によって、圧縮機の吸引側における圧
縮される合成用ガスの温度が低下されるのである。この
ことは圧縮されるガスが圧縮機の人口で状態■”にある
ことを示す。圧縮機の出口においてはガスは状態ＩＩ’
　にある。この場合圧縮機によって行われる仕事量は台
形ＩＩ”−ｂ−３ｔ−３ａの面積であって、これにより
噴射を行わない場合よりも仕事量が小さくなることが判
る。

第７図は、圧縮されるガスが第３図に示されるように生
成ガスによって冷却され、生成ガスが凝結され、中間位
置で圧縮機内に戻される場合の、圧縮の際の付加的な仕
事量の節約状態を示す。この中間位置における圧力はｐ
つである。これにより合成用ガスの圧縮は状態■′から
まず線１’−１１’に沿って圧力ｐＸの状態ＩＩＩに達
する。こ・で中間噴射によって温度ＴＫまで冷却され、
引続いて状態ＩＩ’　における最終圧力ｐ２までさらに
圧縮が行われる。このようにして等温圧縮に近似される
のである。圧縮機において行われる仕事量の節約量は実
質的に平行四辺形ｌ１１４Ｉ’−１１’”−Ｘの面積に
比例する。

第８図は硝酸の製造方法を示す。空気３４が゛圧縮機３
５にて約５バールに圧縮される。圧縮の前に圧縮される
ガス流に液体アンモニア３６すなわち後続の硝酸の製造
の際の反応関与物である液体が導入される。第一の反応
装置３７においてはアンモニア−空気−混合物がＮＯに
、また第二の反応装置３７ａにては空気３８を混合した
後で第一の反応装置３７からのＮｏがＮＯ２に変換され
る。水４０の作用を受ける後続の吸収袋ｆ３９内で硝酸
４１が得られる。

第９図による方法においても、ガス流の圧縮の前に導入
される冷却液体は後続の反応すなわち部分的酸化におけ
る装入物質となされるのである。

酸素４２が圧縮機４３内で例えば６０ないし９０バール
、望ましくは約８０バールに圧縮され、その際圧縮の前
に酸素に対して水４４が液状にて導入される。その際に
生ずる圧縮された酸素／水蒸気混合物は反応袋Ｗ４５に
導入され、これの中で、炭化水素４６例えば油よ′り成
る添加物とともに合成ガス４７（実質的にＣＯおよびＨ
ｚ）になる反応を受ける。

要求条件によっては添加物４６に水蒸気４８が添加され
る。

第１０図は、例えば天然ガスの液化の際に添加されるＣ
ＩないしＣ５の炭化水素を含む混合物の冷凍循環路を示
す。冷凍混合物は熱交換装置４９にて冷却され、引続い
て圧縮機５０にて圧縮される。後冷却装置５１内で冷却
後に冷凍混合物の重い成分は液状になり、分離装置５２
内でガス状の残留物５４から分離される。冷凍循環路の
中間生成物である凝結物５３の一部分５６は熱交換装置
４９内で再び加熱され、膨張されて、圧縮される冷凍混
合物にガス状で導入される。凝結物の他の部分５５は膨
張されて液状にて、圧縮される冷凍混合物に添加される
のである。

冷凍混合物のガス状の部分５４は圧縮機５７にてさらに
圧縮される。後冷却装置５８内で冷却後にガス混合物の
重い成分５９は液状になり、分離装置６０内でガス状の
残留物６１から分離される。ガス状の残留物の流れ６１
は熱交換装置４９を通され、凝結物の流れ５９は２つの
流れに分割される。一方の部分流６２は同様に熱交換装
置４９を通され、引続いて膨張されて、圧縮される冷凍
混合物にガス状で添加される。他の部分流６３は圧縮さ
れる冷凍混合物に対して、膨張された後で液状にて添加
されるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図はは本発明による合成反応を行うための方法を示
す循環回路図。第２図ないし第５図はそれぞれ第１図による方法の種々
の異なる実施形態を示す循環回路図。第６図および第７図は本発明による合成用ガスの圧縮の
温度−エントロピー線図。第８図は硝酸の製造のための方法を示す構成図。第９図は部分的酸化の方法を示す構成図。第１０図は例えば天然ガス液化装置における混合物循環
路の各工程を示す循環回路図。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ガス流内で少なくとも一部分蒸発する液体を添加
することによってガス流を圧縮前および／または圧縮の
際に冷却する方法において、前記液体が圧縮されるガス
とは異なる組成を有するとともに、前記液体を、圧縮を
必要とする工程から、またはその装入物質から取出すこ
とを特徴とする方法。
（２）圧縮後に行われる反応の生成物である液体を使用
することを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
方法。
（３）前記液体およびガスを圧縮後に行われる反応のに
おける装入物質として使用することを特徴とする特許請
求の範囲第（１）項記載の方法。
（４）前記液体として、圧縮後に行われる反応の際に不
活性の性質を示し、および／または後続の工程に悪影響
を与えない物質を使用することを特徴とする特許請求の
範囲第（１）項記載の方法。
（５）前記液体として、圧縮が行われる工程にて生ずる
中間生成物を使用することを特徴とする特許請求の範囲
第（１）項記載の方法。
（６）前記ガスの圧縮を、少なくとも２つの圧縮機群に
て行い、少なくとも一方の圧縮機群の前で液体を添加す
ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項ないし第
（５）項の内の何れか１項に記載の方法。
（７）液体が前もって添加されるようになされた少なく
とも一方の圧縮機群の後で圧縮されたガスを取り出し、
冷却し、少なくとも一部分凝結させ、凝結された部分を
吸引側および／または１つまたは多数の中間位置にて圧
縮工程路に戻すことを特徴とする特許請求の範囲第（６
）項記載の方法。
（８）それぞれ先行する圧縮機群の吸引側および／また
は１つまたは多数の中間位置にて前記圧縮工程路への戻
しを行うことを特徴とする特許請求の範囲第（７）項記
載の方法。
（９）圧縮ガスの吸引導管に連結され、内部に配置され
る少なくとも１つの回転輪を有する少なくとも１つのハ
ウジングを有する圧縮機を有し、ガス流内で少なくとも
一部分蒸発する液体を添加することによってガス流を圧
縮前および／または圧縮の際に冷却する装置において、
前記ハウジングの前および／または２つの回転輪の間に
て圧縮工程路内に液体の添加装置が設けられていること
を特徴とする装置。
（１０）前記添加装置がノズルとして構成されているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第（９）項記載の装置。
（１１）前記添加装置が物質交換装置として構成される
ことを特徴とする特許請求の範囲第（９）項記載の装置
。
（１２）前記ハウジングが少なくとも１つの中間位置に
圧縮ガスの出口開口および再導入開口を有し、前記添加
装置が前記出口開口および再導入開口の間で圧縮工程路
に開口していることを特徴とする特許請求の範囲第（９
）項ないし第（１１）項の内の何れか１項に記載の装置
。
（１３）前記ハウジングの高圧側の出口に導管が設けら
れ、前記導管が冷却装置および分離装置を含み、吸引側
および／または中間位置で当該導管自体内または先行す
るハウジング内に戻されるように連結されていることを
特徴とする特許請求の範囲第（９）項ないし第（１２）
項の内の何れか１項に記載の装置。